液体结构与液固相变资料讲解
第三章固液相变原理和应用
利用盐水等不冻液间接冷却制冰系统 盐水冷却器利用盐水泵进行循环，以满足空调 器的负荷要求，制冰率IPF可达45％～50％。
热管式蓄冷系统 将热管放在蓄冰池内，热管的下部（蒸发段） 在蓄冰池内吸热制冰，热管的上部（冷凝段） 与来自制冷机的制冷剂进行热交换而放热。
冰球冰槽式蓄冷系统 利用一个盛有冰球的蓄冷罐来进行蓄冷。载冷 剂在管外流动，蓄冷体在球内。
供冷时，较高温度的溶液通过盘管，与盘管外 的冰进行热交换，溶液便可降温。
搅拌装置以提高热交换效果，搅拌装置普遍采 用压缩空气在槽底部鼓出气泡，利用气泡上浮 产生搅拌效果。
盘管水槽系统的缺点在于占地面积大、结冰时 间长、压缩空气容易产生腐蚀性等等。
第三章固液相变原理和应用
直接蒸发第式三章制固液相冰变原理系和应用统示意图
3.1 固液相变简介
固液相变：固态物质在某一温度下吸热熔化的 现象。
液固相变：当象。
目前，暖通空调领域热点：利用固-液相变和 液-固相变的交替进行到达储能的目的。
第三章固液相变原理和应用
相变保温材料原理
第三章固液相变原理和应用
固液相变储能在本专业的应用
箱满载或电力到达高峰，制冰循环停止。
融冰：
制冷机优先供给：只有当制冷机不能满足负荷时才 用冰补充；
蓄冰优先供给：蓄冰箱先承担负荷； 限定需求量：由自控系统调节制冷机承担的负荷。
第三章固液相变原理和应用
4、制冷机的COP
双工况冷机； 蒸发温度对冷机性能的影响：
蒸发温度下降（+5℃下降到-5℃），COP下 降。
第三章固液相变原理和应用
空调系统采用蓄冰和低温送风结合
低温送风系统：在常规全空气空调系统中,送 风温差一般控制在8～10℃,送风温度在15～ 18℃范围, 而在冰蓄冷系统中,利用低温冷水, 可将盘管出口空气温度降到4～6℃,送风温差 可达20℃左右。
相变的概念
相变的概念相变是物质在一定条件下从一种物态转变为另一种物态的过程。
在相变过程中，物质的性质和结构发生改变，通常伴随着吸热或放热现象。
相变可以分为固液相变、液气相变和固气相变三种类型。
固液相变是指物质从固态转变为液态的过程，也就是熔化。
固液相变的温度被称为熔点，熔点是物质固液相平衡态的温度。
当物质的温度升高到熔点时，固体的结构发生变化，晶格内的分子或原子振动幅度增大，逐渐失去规则排列。
在熔化的过程中，固体所吸收的热量用于克服分子之间的相互作用力，使得固体分子能够自由移动，最终形成液体。
液气相变是指物质从液态转变为气态的过程，也就是蒸发。
液气相变的温度被称为沸点，沸点是物质液气相平衡态的温度。
当物质的温度升高到沸点时，液体分子的平均动能增大，一部分液体分子具有了足够的能量克服液体表面的引力，从而逃逸到气体相。
在蒸发的过程中，液体所吸收的热量用于提高分子的平均动能，使得液体中分子的运动速度逐渐增大，最终形成气体。
固气相变是指物质从固态转变为气态的过程，常见的固气相变是升华。
在常温下，一部分物质直接从固体相转变为气体相，而不经过液体相。
升华的逆过程被称为凝华，即气体直接转变为固体。
典型的例子是冰的升华，即在低于冰的熔点时，固体水直接升华为水蒸气。
相变过程中，物质的性质发生明显的变化。
以水为例，当温度低于0时，水以固态存在，具有固定的形状和体积。
当温度升高到0时，水开始熔化成液态，形成流动的液体，具有固定的体积但没有固定的形状。
当温度继续升高到100时，水开始沸腾，转变为气态，具有自由流动的分子，体积也没有固定的限制。
相变过程中，物质的密度、形状和体积都发生了变化，这是相变现象的显著特点。
相变是由于分子或原子之间的相互作用力的变化导致的。
在固体中，分子或原子紧密排列，存在着强烈的相互作用力，使得固体具有一定的形状和体积。
当温度升高时，分子或原子的振动幅度增大，使得相互作用力逐渐减弱，最终失去规则排列，即发生熔化。
物质的固体态和液体态的相变
物质的固体态和液体态的相变物质的固态和液态是我们日常生活中非常熟悉的两种状态。
在物理学中，这被称为物质的相变。
本文将探讨物质从固态到液态的相变过程，以及相关的现象和应用。
一、介绍相变的概念相变是物质从一种状态转变为另一种状态的过程。
常见的相变包括固态到液态、液态到气态以及逆过程。
这种相变是由于物质微观结构的改变引起的。
二、固态的特征和相变固态是物质的一种状态，其特点是分子或原子之间有着固定的排列和相对稳定的结构。
固体的形状和体积不随外部条件的变化而改变。
这是由于分子和原子之间存在着强大的引力，使得它们在空间中形成有序的排列。
当固体受到外部条件的改变时，例如温度的升高，它可以发生相变，从而转变为液态。
在这个过程中，固体的微观结构发生了变化，分子和原子开始移动，并且相互之间的排列变得更加无序。
这个过程称为熔化，也就是固态到液态的相变。
三、液态的特征和相变液态是物质的一种状态，其特点是分子和原子之间的排列无序，但相对靠近。
液体的形状随着容器的变化而改变，但体积不变。
当液体受到外部条件的改变时，例如温度的降低，它可以发生相变，从而转变为固态。
在这个过程中，液体的微观结构发生了变化，分子和原子开始重新排列，并且形成有序的结构。
这个过程称为凝固，也就是液态到固态的相变。
四、物质相变的应用物质的相变在日常生活和工业生产中有着广泛的应用。
其中一个突出的应用就是在温度计中。
温度计通过利用不同物质的相变温度来测量温度的变化。
例如，水银温度计利用水银的凝固点和沸点来测量温度的变化。
当温度升高时，水银从固态转变为液态，上升到温度计的某个刻度上。
相反，当温度降低时，水银从液态转变为固态，下降到温度计的某个刻度上。
另一个应用是在制冷技术中。
制冷技术利用物质相变的特性，在低温下吸收热量，使物体变得冷却。
例如，冰箱中的制冷剂会在低温下发生相变，吸收冷却物体的热量，从而降低其温度。
此外，相变还在材料科学和能源领域有着广泛的应用。
物质的相变与相相变概念相解读相变规律等
物质的相变与相相变概念相解读相变规律等相对于固态、液态和气态等常见的物质状态，物质在一定条件下还存在着相变和相相变的现象。
相变是指物质在温度、压强、浓度等条件发生变化时，从一种状态转变为另一种状态的过程。
而相相变则是指物质在相变过程中，其微观结构的变化。
本文将会对物质的相变和相相变进行解读，并探讨相变规律。
一、物质的相变及相相变概念解读1. 固—液相变在一定温度下，物质从固态转变为液态的过程被称为固—液相变。
这一过程中，物质的微观结构发生了变化，原子、分子或离子重新排列，形成了具有流动性的液体。
固—液相变点即为物质从固态到液态的温度。
2. 液—气相变当物质在一定温度和压强条件下，由液态转变为气态，这一过程被称为液—气相变。
在这种相变中，物质的微观组织会发生显著变化，原子或分子之间的作用力相对减弱，物质进一步扩散为气体状态。
液—气相变点即为物质从液态到气态的温度。
3. 固—气相变在一定温度和压强条件下，物质直接由固态转变为气态的过程被称为固—气相变。
在这一过程中，物质的整体结构发生明显变化，原子或分子之间的作用力减弱甚至消失，使得物质从固态直接转变为气态。
固—气相变点即为物质从固态到气态的温度。
4. 相相变相相变指的是物质在相变过程中，微观结构发生的变化。
而这种变化可以通过观察物体的宏观性质来进行判断。
例如，在固态到液态相变的过程中，外观上的透明度、形状和大小等都会发生变化，这表明了相相变的发生。
相比之下，在液态到气态相变的过程中，相相变的变化则更加微妙，主要体现在物质的黏度、表面张力和蒸发速率等方面。
二、相变规律的探讨1. 相变的影响因素相变的发生受到多种因素的影响，其中最主要的是温度和压强。
在不同的温度和压强下，物质的相变点也会有所变化。
同时，物质的浓度、化学成分和外界环境等因素也会对相变产生一定的影响。
2. 熔化热和凝固热在固—液相变和液—固相变的过程中，需要吸收或释放热量。
对固—液相变而言，固态向液态转变需要吸收热量，这被称为熔化热；而对液—固相变而言，液态向固态转变则需要释放热量，这被称为凝固热。
低压环境液体的相变-概述说明以及解释
低压环境液体的相变-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在低压环境下，液体的相变行为是一个广泛研究的领域。
相变是指物质在特定条件下从一种态转变为另一种态的过程。
低压环境下，液体的相变行为会呈现出一些特殊的性质和现象。
首先，低压环境液体的相变对应着液体的汽化过程。
通常情况下，液体会在一定的温度和压力下转变为气体，这被称为汽化。
而在低压环境下，液体的汽化点会显著下降，导致液体更容易被转化为气体。
这是因为低压环境下，液体分子与周围气相分子之间的相互作用变弱，液体分子更容易跨越液气界面转变为气体。
其次，低压环境液体的相变行为与环境的物理和化学性质紧密相关。
在低压环境下，液体的相变行为会受到外界温度和压力的影响。
低温下，液体的分子运动减缓，很容易形成高度有序的结晶态。
而在低压条件下，液体的汽化点降低，液体相变为气体的过程也更加容易发生。
此外，不同种类的液体在低压条件下的相变行为也会有所差异，这取决于液体分子之间的相互作用力和分子结构的特点。
最后，低压环境液体的相变研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
对低压环境下液体相变的深入研究，可以帮助我们更好地理解物质的基本性质和相互作用规律。
同时，这方面的研究也为工程和技术应用提供了一些新的思路和方法。
例如，在低温低压条件下制备高纯度的材料、研究液体的分子结构和性质、开发新型的能源储存和转换技术等方面都会受益于对低压环境液体相变行为的深入了解。
综上所述，低压环境液体的相变行为具有独特的特点和重要的研究价值。
随着科学技术的发展和对低压环境的深入探索，相信我们将能够更好地理解和利用低压环境液体的相变特性，为相关领域的发展和创新做出更大的贡献。
文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来探讨低压环境液体的相变。
在引言部分之后，我们将首先介绍低压环境液体的定义和特点，以便读者对该主题有一个整体的认识。
随后，我们将详细探讨低压环境液体的相变过程，包括相变的机理和影响因素等方面的内容。
10 固液相变
3 ~ Q n 1 2
这里只对密闭的构型以及有限的 n 感兴趣。 标准的做法是通过群理论考察哪个点群符合上述的条件。 简单的方法是通过图表示说明该问题。
A、最简单情形
n3
n Qi
2
Q
2
1 Q (r ) 2
n i 1
Qi
(r ) Qi (r )
n3
Q1 Qex
2
Q
3
2
如果每个 Qi 只出现一次。三次项的个数为
2 Q 2 3 1 2 3 ~ n Q n 3 n 3
2n 3
如果每个
3 ~ n 3
Qi
3
只出现两次。三次项的个数为
4n 3
3
4 Q
4 3 1 2 这样可以得到 Q n 3 n
2 4
2
a T TC q q b q q a T TC q b q
没有三次项 满足对称要求的不变式 得不到满足要求的三次项
2 4
2
q q
q1 q2 q3 0
对于一维，平均场理论，给出连续相变。
1－4、二维六角晶体的液固相变
q
2
在各向同性的系统，系数
Aq
只依赖波矢
q
的数值大小
这样，序参量对自由能的贡献仅与 因而得到二次项
Q
2
i
数值大小有关
2 AQ
qi Q
q
二次项
2 AQ
qi Q
q
2
i
实际相变是对应 实际的序参量是
qi Q
§6.5 固—液、固—气相变,相图
的p-V 图。
图中画出了温度 T ( T < Tc )时的一条等 温线A –B – C – D – E - F
它穿过固液
.
共存、液气
共存区域时
压强均不变.
pm 称为熔解
压强 (melting
pressure)。
l 注意到，在图上，
(1)在温度变化范围不大时，可认为汽化热(或升 华热)不随温度变化。
(2)液相及固相的摩尔体积比气相少得多而可予 忽 水 说来在略1，0(.6℃在3从时通液10可常相3变情m或3为况固下相这变一为条蒸汽件1时总1体能的0积成蒸6 m可立汽3 扩。。大例一1般如03 数量级)。
(3)在饱和蒸汽压不大时，蒸气可看作理想气体。
dT
及
dp dT
Lv,m
T RT /
p
• 联立并考虑到有 Lv,m lv M m 得
dT T 2 g dz lvT0
关系，最后可
• 将 有 关 数 据 代 入 ， 可 得 ΔT = -(2.0 K/km)×Δz
• 说明每升高1千米，沸点降低 2.0 K 。
(三) 冰的熔解反常现象
化热 LV,m ，对外作功 (Vg,m – Vl.m )dp,热机效率
应等于卡诺热机效率，即
W ' dp Vg,m Vl,m
Q1
Lv,m
卡
dTቤተ መጻሕፍቲ ባይዱT
dp
Lv,m
dT T Vg,m Vl,m
这就是法国铁路桥梁工程师克拉珀龙 (Clapeyron)，于1834年建立的克拉珀龙方程， 也称克拉珀龙-克劳修斯方程。
液体的相变概念
液体的相变概念液体的相变是指物质从液态向固态或气态的转变过程。
相变是物质在不同温度和压力条件下的物态变化，液体相变是其中一种重要的相变类型。
在温度下降的过程中，当液体的温度达到一定点，称为凝固点，液体将发生凝固相变，转变为固体。
凝固相变是由于液体中分子/原子之间的相互作用力逐渐增强，超过了分子/原子的热运动能量，导致它们排列成一定的有序结构。
凝固过程中，液体的分子/原子逐渐由无序运动转变为有序排列，这个过程释放出热量。
凝固点取决于物质的性质，不同物质的凝固点不同。
相反，当液体受热升温时，当温度达到一定点，称为沸点，液体将发生沸腾相变，转变为气体。
沸腾相变是由于液体分子/原子的热运动迅速增加，超过了液体表面的压强，形成气泡并迅速膨胀，使液体变成气体状态。
沸腾过程中，液体的分子/原子逐渐由有序排列转变为无序运动，这个过程吸收热量。
沸点同样取决于物质的性质，不同物质的沸点也不同。
液体的相变不仅与温度有关，也与压力有关。
当增加液体的压强时，液体固态和气态之间的相变也会发生变化。
一般来说，当增加液体的压强时，液体的凝固点和沸点都会升高，因为压强增加会增加分子/原子之间的相互作用力，使得相变需要更高的能量来克服相互作用力。
液体的相变是物质状态变化的重要表现，也是物质在不同环境条件下的内在属性。
不同物质的相变过程可能有所不同，但都遵循相变规律。
相变通过吸热或放热的过程来实现，热量的交换是相变发生的根本原因。
液体的相变在日常生活中随处可见，如水的凝固变成冰块、热水的沸腾变成蒸汽等。
相变的理论研究对于物质的性质和应用具有重要意义。
通过研究相变的规律，我们可以了解物质的结构和热力学性质，从而有助于开发制备新材料、改进工艺和设计设备等方面的应用。
此外，相变还在能量转移和储存等领域有着广泛的应用，例如利用水的相变热来储存太阳能、利用固体相变储能技术来提供无线电源等。
总之，液体的相变是物质由液态向固态或气态转变的过程。
凝固和沸腾是液体的两种主要相变形式，其中凝固是由于液体分子/原子的相互作用力增强，而沸腾是由于液体分子/原子的热运动增加。
物态变化相变与热量交换
物态变化相变与热量交换物态变化是物质在不同温度和压力下发生相变的过程，相变的同时伴随着热量的交换。
本文将通过介绍固体-液体相变、液体-气体相变和固体-气体相变三个方面，来探讨物态变化与热量交换之间的关系。
一、固体-液体相变固体-液体相变是指物质从固态转变为液态的过程。
在相变过程中，物质吸收热量，使得固体中的粒子获得足够的能量以克服分子间的相互作用力，逐渐解开排列有序的结构。
其中，吸收的热量称为相变潜热，表示单位质量物质变化相态所需的热量。
固体-液体相变过程可分为熔化和凝固两个过程。
当物质从固态熔化成液态时，吸收的热量称为熔化潜热；而当物质从液态凝固成固态时，释放的热量称为凝固潜热。
熔化和凝固是相互逆过程，发生在相同的温度下，其温度称为熔点。
二、液体-气体相变液体-气体相变是指物质从液态转变为气态的过程。
在相变过程中，液体吸收热量，使液体中的分子克服相互作用力，跳出液滴间的束缚，进入气态自由运动。
相变过程中吸收的热量称为汽化潜热。
液体-气体相变包括蒸发和汽化两个过程。
在开放容器中，液体蒸发发生在液面上，液体分子中速度较高的分子逃脱形成气体，吸收的热量称为蒸发潜热；而在密闭容器中，液体在整个空间内发生汽化，液体表面上的液体分子转变为气体分子，吸收的热量称为汽化潜热。
三、固体-气体相变固体-气体相变是指物质从固态转变为气态的过程。
在相变过程中，固体吸收热量，使得固体中的分子获得足够的能量，克服相互作用力，从固态转变为气态。
相变过程中吸收的热量称为升华潜热。
固体-气体相变包括升华和凝华两个过程。
当物质从固态升华成气态时，吸收的热量称为升华潜热；而当物质从气态凝华成固态时，释放的热量称为凝华潜热。
升华和凝华是相互逆过程，发生在相同的温度下，其温度称为升华点。
四、热量交换的作用物态变化过程中的热量交换在自然界中起着重要的作用。
热量交换使得物质能够在不同的温度下转变相态，维持了地球上生命的存在。
以水的相变为例，水的熔点为0°C，蒸发潜热为540千焦/千克，而汽化潜热为2257千焦/千克。
第二章液态金属的结构和固态相变
液体状态方程
• 金属熔化后，因体积的膨胀而部分地破坏了原子的规 则排列。
•
• •
由于原子的热运动增强，在原子团之间和原子团 内部造成很多“缺位” 正是这种缺位而使液体的体积增大，体积的增大 量应等于某瞬时所有缺位体积总和 。
•
设ν0为形成一个“缺位”时体积，数值上等于逃 逸的一个原子或原子团的体积；N‘为“缺位”的总数， 则金属在熔化后的体积增量 为：
2、X射线衍射进行结构分析
液态金属的衍射结构参数 偶分布函数 g(r) 物理意义：距某一参考粒子r处找 到另一个粒子的几率，换言之，表 示离开参考原子（处于坐标原点r = 0）距离为 r 位置的原子数密度 ρ(r) 对于平均数密度ρo（=N/V=粒子数 N/体积V体系）的相对偏差。 ρ(r) = ρo g (r)
• 这证明了液体具有“疏松性”，而这种疏松性质只有用缺位理 论来解释。
• 根据液体状态方程式，当压力p→∝时，则V=V0。 • 这是因为去除了“缺位”，增加不在增加了。
§2.1 固液相变物理机制
一、金属结晶的宏观现象
冷却曲线：冷却过程中温度随时间的变化曲线。 测定方法：热分析
纯金属的冷却曲线
金属结晶温度： 开始结晶温度Tn，理论结晶温度Tm（两相平衡）, 平台 过冷：液态材料在理论结晶温度以下仍保持液态的现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。△T=Tm-Tn
k－Boltzmann常数。
• 如果缺位的尺寸大小一样，则为形成缺位所需的能量
相等。而Ｕ‘本身则取决于对液态金属所施加的压力：
U U 0 pv0
U0－在没有外界压力时，为形成缺位所需的能量； p －外界施加的压力。
液-固界面现象知识讲解
Wi gs ls
Sgslsgl
Wa Wi S
粘附功、浸湿功、铺展系数
根据Young方程： sg sl lgcos
W a g l g s l s l g ( 1 c o s)
W ig sl sl gco s
S g s l s g l l g ( c o s 1 )
临界界面张力
临界界面张力 只与固体表面 性质有关。
l c
液体即可在固体表 面完全铺展
液体的铺展
一种液体能否在另一种不互溶的液体上铺展，取 决于两种液体本身的表面张力和两种液体之间的 界面张力。
一般说，铺展后，表面自由能下降，则这种铺 展是自发的。
大多数表面自由能较低的有机物可以在表面自 由能较高的水面上铺展。
用表示。
若接触角大于90°，说明液体不能润 湿固体，如汞在玻璃表面；
若接触角小于90°，液体能润湿固体， 如水在洁净的玻璃表面。
接触角(contact angle)
Young方程
cos sg sl lg
（1）完全润湿 s gs ll g 时 c o s 1 , 0 o
sg sl lg 时，Young方程不成立，
铺展过程
L-g界面可忽略
S－g界面 S
L－g界面 S－L界面
S
铺展系数(spreading coefficient)
G (l sg lg s)A s
当G<0时，铺展过程可以自发进行。 定义铺展系数 S
S G A sGgsglls
S>0时，铺展过程可以自发进行
粘附功、浸湿功、铺展系数
液体的铺展
2, g
气相
1, g
液相1
1, 2
热学6_固液体相变
§6.1、固、液体性质 §6.1.1、固体--晶体中的结合力和结合能
晶体分子/原子热运动：热振动 热膨胀：很小！ 热传导：晶格波
自由电子（金属）
晶体每个格点（原子）有3个振动自由度 能量均分定理 每个振动自由度平均热运动能量kBT
单质晶体摩尔内能：u = NA × 3kBT = 3RT
Dulong（杜隆）-Petit（珀蒂）定律 单质晶体摩尔热容：C du 3R 25J mol1 K1.
dT
§6.1、固、液体性质 §6.1.2、液体
性质介于固、气体之间：
短程有序，长程无序
液体分子的运动：（1）平衡点附近作热振动；（2）平衡点转移。
: 液体分子的定居时间 “过冷”： : 非晶态“固体”
在平衡点停留时间.
“过热”： 0 :
气体
液体沸点气体
液体凝结固体
从两头（晶体、气体）逼近 液体 无统一完整理论
表面张力： f l 表面张力系数
F 2L
表面张力系数等于增加单位液体面积所增加的液体表面自由能
附加压强的Laplace公式：
凹球面： p 2
R
p ( 1 1 )
R1 R2
肥皂泡：
p
2
2 R
4
R
(t) 0 t, 0 (0o C)
§6.1、固、液体性质 §6.1.2、液体
考虑一单元两相系统：
(T1;1, v1
V1
1
, u1
U1
1
, s1
S1
1
)
(T2; 2, v2
V2
2
, u2
U2
2
, s2
S2
2
)
1 2 const
相变实验：液体的凝固与熔融
实验操作流程
准备实验器材：包括烧杯、温度计、搅拌器、凝固剂和熔融剂等 设定实验温度：根据需要设定凝固和熔融的温度 制备样品：将液体材料放入烧杯中 开始实验：当温度达到设定值时，启动搅拌器，观察并记录实验现象 数据记录：记录实验过程中的温度变化和实验现象 实验结束：完成实验后，清理实验器材和实验场地
单击此处输入你的正文，请阐述观点
环境因素误差：控制实验环境，减 少外部干扰 实验改进
实验改进
改进实验步骤：规范操作流程，确 保实验结果的可靠性
单击此处输入你的正文，请阐述观点
数据分析处理：采用科学的数据分 析方法，挖掘更多有价值的信息
单击此处输入你的正文，请阐述观点
实验的应用和拓展
相变实验在科学研究中的应用
物质相变机理研究
材料性能优化
能源利用与开发
生物医学应用
相变实验在其他领域的应用
能源领域：研究相变材料在储能和节能方面的应用 建筑领域：利用相变材料改善建筑物的热环境和节能性能 航空航天领域：探索相变材料在极端环境下的应用，如航天器的温度控制 生物医学领域：研究相变材料在生物体内的温度调节和医疗应用
Байду номын сангаас 相变实验的拓展和改进
相变材料的应 用：利用相变 材料进行能量 储存和调节温
度
相变实验的改 进：提高实验 精度和可靠性， 降低实验成本
相变实验与其 他领域的交叉 研究：例如与 生物学、医学 等领域的结合
相变实验在工 业生产中的应 用：例如在制 冷、空调、化 工等领域的应
用
THANK YOU
汇报人：XX
相变实验：液体的凝固与熔融
汇报人：XX
相变实验的原理 实验材料和设备 实验操作步骤 实验结果分析 实验的应用和拓展
固体、液体、相变
间的关系曲线如图所示。
当 等于r 平衡点阵常数
时，相r0互作用能 EP0 之绝对值称为结合能。结合能的大小可以衡量晶体
中粒子结合的牢固程度．
第二部分 液体
1、 液体的宏观特性
液体是有一定体积而形状随容器改变的物质.它具有 流动性大、压缩性小，在外力作用下容易变形但不易改变 体积。在一般容器中液面静止时，液面形成与重力方向垂 直的水平表面。液体在物理性质上是各向同性的。
可见凸液面附近的饱和蒸气压比平液面大.当气液分界 面的曲率半径很小时,如形成小液滴或小气泡时,差别就比 较明显.
说明液滴愈小，液滴达平衡所需的饱和蒸汽压愈高，这 种液滴愈难形成并长大。
•若要在蒸气内部凝结成液滴，则只有以凝结核为中心逐 渐增大的方式才能进行.
• 所谓人工降水就是在不降水的冷云或混合云中，用人 工方法将适当的化学药剂(如碘化银粉等)作为凝结核、 冰核或冷冻剂播入云中，使在云中产生大量冰晶，从而 破坏水滴、蒸气、冰晶的相对稳定的状态，使冰晶不断 长大达到降水的目的.
1、 固体分晶体与非晶体两大类。晶体又分单晶和多晶两 种。无论单晶还是多晶都具有一定的熔点，这是晶体与非 晶体的主要区别。单晶还具有各向异性和有规则外形，并 遵从晶面角守恒定律，即各相应晶面间的夹角恒定不变。
液体凝固知识点总结
液体凝固知识点总结基本理论液体凝固是指在一定条件下，液体转变为固体的过程。
凝固是物质的相变过程之一，可以发生在液体与气体之间的相变。
在凝固的过程中，液体分子或离子之间的空间排列有序，熵降低，而固体的结构比较有序，通常比液体的结构更有规律，排列得更密，所以，液体凝固与熵减是一起进行的。
液体凝固的理论主要有两个：结晶学和热力学。
结晶学是探究物质在固态下的晶体结构，研究各种晶格结构、晶体生长形态和晶体多晶结构体一些规律。
结晶学理论为人们理解凝固的基本过程提供了重要的依据。
热力学则是研究物质内部能量与热相关的科学，主要涉及热力学第一与第二定律相关的概念。
热力学主要提供了关于液体凝固反应热，进而为了控制液体凝固的过程性能提供了一定的依据。
液体凝固的影响因素影响液体凝固的因素主要有温度、压力和成核速率等几个方面。
首先是温度。
通常情况下，温度是影响物质凝固的最主要因素。
随着温度的降低，原子之间的热运动逐渐减弱，因而原子相互靠近，形成具有规则、有序结构的晶体，从而形成了液体向固体的凝固转变。
其次是压力。
压力对液体凝固也有一定的影响，尤其是对于一部分凝固温度较高的物体。
例如，在常温常压下是液体和气体的状态，但当压力超过某一数值，例如在≥1.0MPa压力下，某些物质如水将转变为固体，即密度大大增大，利用这个原理，人们可以设想冰层形成的原理，进而运用这一物理原理。
最后是成核速率。
成核是固定液体凝固的过程之一，是固体凝固的起始过程。
成核速率的大小对于凝固速度和凝固物质的粒度等都有一定的影响。
事实上，许多液体体系的成核速率都是由温度和压力共同决定的。
应用实例液体凝固是我们日常生活中的一个重要的现象，液体凝固的原理和相关知识也被应用到了生活和工业生产的方方面面。
1. 冰的制备：利用水在较低温度下凝固的物理特性，我们可以把水加工成冰块或冰棒，并应用于食品保鲜等各个方面。
2. 金属冶炼：金属冶炼中的凝固过程也是非常重要的。
不同金属有不同的凝固温度，所以在不同的工艺中，可以根据金属的凝固特性，来采取不同的方法来控制金属的凝固形状和结构。
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GV
HmT Tm
图2-6 液-固体积自由能的变化
• 结晶过程中克服的两种不同的能障：
• 热力学能障：它由被迫于高能态过渡状态下的界面 原子所产生，能直接影响到体系自由能的大小。 （界面能属此种情况，对生核影响较大）
• 动力学能障：由金属原子穿越界面，原则上与驱动 力的大小无关而仅取决于界面的结构性质。（激活 能属此种情况，对晶体生长影响较大）
二、曲率及压力对合金熔点的影响
对于球面：
G1
V s p
V s
1 ( r1
1 )
r2
G
2
H
m Tm
Tr
G1 G2 0
Tr
2V s T m K H m
三、物质熔化时体积变化、熵变 一般不大。
四、金属熔化潜热与其气化潜 热比小的多
金属结晶微观过程
两个过程重叠交织
形核
长大 形成多晶体
第2章 液态金属结构与液固相变
第1节 液体的分类与性质
一、液体的分类 按组成粒子及其相互作用分： 原子液体，包括液态金属、液化惰性气体 分子液体，包括极性分子液体、非极性分子液体 离子液体，包括高温熔盐、电解质水溶液
二、液体的共性 1.重力、表面张力可以决定粒子之间的堆积排列和整体几
何形状 2.具有流动性和凝聚性 3.具有宏观界面 4.几乎不可压缩
固体粒子之间具有很强的化学键。化学键有方向性， 抗剪切。
液体粒子之间没有很强的化学键，但有很强的距离约 束力，不抗剪切，不自由膨胀。
气体粒子之间既没有很强的化学键，也没有很强的距 离约束力，不抗剪切，可自由膨胀。
图2-2 晶体、液体、气体的结构与相互作用模型
晶体、液体、气体的动态结构是相互作用模型与的物理机制
一、 液-固相变驱动力
GS HS TSS GLHLTL S
G V G S G L H V T S V
HVHSHL SV SSSL
熔点处
0HmTmSm
Sm
Hm Tm
熔点附近 HV Hm
SV Sm G VHmTSmHm1T T m
4.平均原子间距 ： 曲线第一峰的位置。表示参考原子
至其周围第一配位层各原子的平均间距。
图2-3 气液固结构参数定义示意图
5.径向分布函数(radical distribution function—RDF)：
R D 4 r 2r F 4 r 20 g r
6.配位数 ：参考原子周围最近邻（即第一壳层）原子数
图2-1 液态金属的飞溅
三、液体的物理化学性质 密度、粘度、电导率、导热率、 扩散系数、表面张力 热容、熔化热、汽化热、熔点、沸点 蒸汽压、等压膨胀系数、等温压缩系数、凝固收缩率
第2节 液态金属的结构
一、固液气体的结构模型 人类对液态的认识比固态和气态要肤浅得多，目前仍
没有成熟的理论模型给予液体结构满意的描述。从液体的 共性可以断定：
二、气体、液体、非晶及晶体的结构和衍射特征比较
图2-2
三、描述物态结构的参数 1. 平均数密度 ：系统整体单位体积的粒子数。
2. 数密度 ：在距离某一参考粒子 处单位体积的粒子数
r Nr
4r2dr
N r 为微元体4r2dr中的粒子数
3.对偶分布函数 ：在距离某一参考粒子 处的相对密度
数。
grr0